輝長巖骨料在瀝青砼心墻施工中的適用性研究

楊海鋒

(三峽大學水利與環境學院 湖北宜昌 443002)

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輝長巖骨料在瀝青砼心墻施工中的適用性研究

楊海鋒

(三峽大學水利與環境學院 湖北宜昌 443002)

原材料的選擇是影響瀝青混凝土心墻施工質量的一項重要因素。為了研究輝長巖骨料對瀝青混凝土心墻施工的適用性，結合四川省米易縣馬鞍山水庫工程的實際，從輝長巖骨料的化學成分、物理性能、與瀝青的黏附性及現場應用效果等方面，對輝長巖骨料的適用性進行試驗和分析，以求證輝長巖骨料適用性。

瀝青混凝土心墻；輝長巖骨料；適用性；馬鞍山水庫

0 引言

自20世紀90年代以來，隨著三峽工程茅坪溪土石壩和四川南埡河冶勒工程兩座瀝青混凝土心墻壩的成功修建，以瀝青混凝土心墻作為防滲體的壩型在我國得到了較為廣泛的應用，目前我國建成或在建的瀝青混凝土心墻壩已將近100座。

瀝青混凝土相對于水泥混凝土來說，具有一定的柔韌性，適應變形的能力較強，但由于瀝青混凝土心墻結構單薄，滲透系數一般要求達到10-8cm/s，故對施工質量的要求較高。通過大量的實踐證明，影響瀝青混凝土心墻施工質量的主要因素包括兩方面：一是原材料的選擇，二是施工工藝的選擇及過程控制。

四川省米易縣馬鞍山水庫工程攔河壩高度68m，壩型為瀝青混凝土心墻石渣壩。瀝青混凝土心墻粗骨料宜采用堿性巖石(石灰巖、白云巖等)，當采用酸性巖石時，應進行試驗論證，必要時可采取措施改善骨料與瀝青的黏附性[1]。由于離本工程最近的石灰巖料場運距約100km，且巖石風化較為嚴重，夾層較多，若選擇石灰巖料場作為瀝青混凝土骨料的料場，一是質量難以控制，二是經濟成本過高。通過現場勘察，大壩附近的輝長巖料場儲量豐富，巖石質地堅硬，夾層較少，便于開采和質量控制。但輝長巖骨料能否作為瀝青混凝土心墻的施工材料，需要通過試驗論證，對其適用性進行研究，然后才能用于瀝青混凝土心墻施工。因此，施工單位委托西安理工大學防滲研究所對輝長巖的巖性進行了鑒定，然后采用輝長巖骨料對瀝青混凝土進行試配，并根據推薦的配合比，檢測了瀝青混凝土的各項性能。

1 巖石的化學分析及巖性判斷

2014年10月，施工單位在輝長巖料場選取了具有代表性的巖石送至西安理工大學防滲研究所實驗室。通過試驗檢測，西安理工大學防滲研究所出具了輝長巖化學分析試驗報告，檢測成果見表1。

表1 輝長巖化學分析試驗成果表

根據礦料化學分析結果，對骨料酸堿性進行判斷主要有兩種方法：(1)礦物分析法，當SiO2含量<45%時為超堿性，SiO2含量為45%～52%時為堿性；SiO2含量為52%～65%時為中性；SiO2含量>65%時為酸性；(2)計算法，M=(CaO+MgO+FeO)/SiO2，當M>1 時為堿性，M=0.6～1時為中性，M<0.6時為酸性。

根據巖石化學分析結果(見表1)，SiO2含量41.15%為超堿性，M=(CaO+MgO+Fe2O3)/SiO2=(17.24+6.01+13.26)/41.15=0.89為中性。為慎重起見，本工程的輝長巖綜合判斷為中性，并對輝長巖骨料用于瀝青混凝土的適用性作進一步的試驗和研究。

2 輝長巖粗骨料的適用性試驗

輝長巖粗骨料鑒定試驗包括骨料密度及吸水率試驗、與瀝青的黏附性試驗、堅固性試驗、抗熱性試驗以及壓碎率試驗[1]。

西安理工大學防滲研究所實驗室用小型破碎機對現場選取的輝長巖塊石進行了破碎，篩分為19mm～16mm、16mm～13.2mm、13.2mm～9.5mm、9.5mm～4.75mm、4.75mm～2.36mm和<2.36mm粒徑6級礦料。瀝青混凝土粗骨料選取粒徑在19mm～2.36mm間的碎石[1]；細骨料選用輝長巖人工砂和天然河砂(各占一半)；填料采用石灰巖礦粉；瀝青采用為克拉瑪依70號A級瀝青。經過試驗檢測，輝長巖粗骨料質量鑒定成果見表2。

表2 輝長巖粗骨料質量鑒定成果表

注*：在瀝青中加瀝青重的0.2%PA-1抗剝落劑后與輝長巖的黏附力為4級；加0.3%黏附力為5級；加0.4%黏附力為5級。

鑒定結論：輝長巖質地堅硬，在加熱過程中未出現開裂、分解等現象，在瀝青中加入瀝青重0.2%以上PA-1抗剝落劑后與瀝青黏附力強，堅固性好，滿足SL 501—2010《土石壩瀝青混凝土面板和心墻設計規范》規定的瀝青混凝土粗骨料的技術要求，可作為瀝青混凝土心墻的粗骨料。

3 輝長巖細骨料的質量鑒定

瀝青混凝土中細骨料是指粒徑在2.36mm～0.075mm的顆粒。細骨料質量鑒定試驗包括表觀密度、吸水率、水穩定等級、堅固性以及<0.075mm顆粒含量測定[1]；輝長巖細骨料質量鑒定成果見表3。

表3 輝長巖細骨料質量鑒定成果表

由表3可知，輝長巖破碎后的人工砂細骨料滿足SL 501—2010《土石壩瀝青混凝土面板和心墻設計規范》規定的瀝青混凝土細骨料的技術要求，可作為瀝青混凝土心墻的細骨料。

4 瀝青混凝土配合比初選及確定

瀝青混凝土配合比初選是根據不同骨料級配指數、不同礦粉、油石比(即瀝青質量占礦料總質量的百分比)和天然砂組成各種不同配合比，通過基本性能(孔隙率、變形和強度)試驗，選擇出滿足工程要求的較優配合比瀝青混凝土。根據瀝青混凝土心墻的受力特點，在室內試驗中采用劈裂試驗(也叫間接拉伸試驗)，其試驗條件的應力和變形特性與瀝青混凝土心墻工作狀態相近，能較好地評價心墻配合比瀝青混凝土的性能，試驗溫度為19.6℃[1]。

通過瀝青混凝土配合初選的各項試驗數據，西安理工大學防滲研究所優選了配合比參數，然后對推薦配合比瀝青混凝土進行性能驗證試驗，包括小梁彎曲、拉伸、壓縮、水穩定性能和滲透試驗，對推薦的配合比的各項性能指標進行了檢驗，試驗檢測結果見表4。

表4 推薦配合比瀝青混凝土驗證性試驗成果表

最后，西安理工大學防滲研究所通過瀝青混凝土依據室內試驗成果，從防滲、變形、強度、施工、耐久性和經濟性等考慮，推薦了米易縣馬鞍山水庫工程大壩心墻的瀝青混凝土配合比。

2015年5月，施工單位按照推薦的配合比進行了現場攤鋪碾壓試驗[2]。通過現場瀝青混合料抽提試驗及瀝青混凝土各項物性試驗結果，西安理工大學防滲研究所推薦的瀝青混凝土配合比與現場比較吻合，最終確定的施工中使用的原材料、配合比及礦料級配見表5～表7。

表5 瀝青混凝土原材料表

表6 瀝青混凝土配合比級配參數表

表7 配合比的礦料級配表

5 瀝青混凝土心墻的施工效果

米易縣馬鞍山水庫工程輝長巖料場在覆蓋層剝離后，巖體結構較完整，巖石質地堅硬，經加工的粗骨料潔凈，粒形較好，加熱后無性質變化；輝長巖細骨料石粉含量較低，便于質量控制。瀝青混合料在瀝青混凝土拌和站拌制，運抵現場后，分層攤鋪碾壓，松鋪層厚30cm；采用瀝青混凝土攤鋪機攤鋪，當溫度下降至140℃～160℃時采用1.5t～2.0t振動碾碾壓密實[3]。瀝青混凝土心墻每層均作瀝青混合料馬歇爾擊實試驗、提取試驗及礦料級配試驗；每上升2m～4m，鉆芯取樣一次[1]。鉆芯取樣試驗結果表明，瀝青混凝土層間結合情況良好，添加抗剝落劑后的瀝青與輝長巖骨料結合緊密，粘附性較好，碾壓密實后瀝青混凝土干容重為2.53g/cm3～2.55g/cm3、孔隙率為1.0%～2.0%、滲透系數<1.0×10-8cm/s，滿足設計和《水工瀝青混凝土施工規范》(SL514—2013)的要求。

6 結語

通過米易縣馬鞍山水庫工程對輝長巖骨料在瀝青混凝土心墻施工中的適用性研究，以及現場的應用效果，說明在瀝青中加瀝青重的0.3%PA-1抗剝落劑后，瀝青與輝長巖的黏附力為5級(抗剝落劑添加量對黏附力的影響見表2)，新鮮的輝長巖骨料可以作為瀝青混凝土的骨料。由于各地輝長巖的化學成分及物理力學指標存在一定的差異，故在應用前應充分做好室內的各項試驗工作，從質量和經濟兩方面分析其能否使用。對于瀝青混凝土心墻的耐久性及運行效果，我們將繼續跟蹤作進一步的研究，為瀝青混凝土心墻土石壩這種壩型更加廣泛地推廣應用作出貢獻。

[1] DL/T 5362-2006 水工瀝青混凝土試驗規程[S].北京：中國電力出版社，2006.

[2] SL514—2013 水工瀝青混凝土施工規范[S].北京： 中國水利水電出版社，2013.

[3] 覃新聞.瀝青混凝土心墻設計與施工[M].北京：水利水電出版社，2011.

Research on the Applicability of Gabbro Aggregate in Asphalt Concrete Core Wall Construction

YANGHaiFeng

(College of Hydraulic & Environmental Engineering,China Three Gorges University,Yichang 443002 )

The choice of raw material is an important factor for the quality of asphalt concrete core wall construction.In order to study the applicability of gabbro aggregate as the raw material of asphalt concrete core wall,based on the practical status of Ma’anshan Reservoir Project in Miyi County, Sichuan Province, we test and analysis the applicability of gabbro aggregate from the chemical compositions and physical properties of gabbro aggregate, its adhesion to asphalt, and the effect of its field application.It Proves that gabbro aggregate is applicable.

Asphalt concrete core wall; Gabbro aggregate;Ma’anshan Reservoir

楊海鋒(1971.7- ) 男，高級工程師。

E-mail:yhf3046@126.com

2016-06-15

TU528.04

A

1004-6135(2016)10-0095-03